Енергия и околна среда

Колко точно работи ядрената енергетика?

Колко точно работи ядрената енергетика?

При всички противоречия около атомните електроцентрали няма съмнение, че те са удивителен технологичен подвиг. Но как точно работят?

Тук правим кратка обиколка около атомна електроцентрала и обсъждаме различните видове централи, както и някои от плюсовете и минусите на технологията.

СВЪРЗАНИ: ЯДРЕН ФУЗИЙ В 21 ВЕК

Как работи ядрената енергетика и какви видове има?

Накратко, атомните електроцентрали (ядрено делене) работят чрез използване на силата на атома да кипи вода, да произвежда пара и да върти турбина, за да генерира електричество. Всъщност те са високо сложни котли с прикрепена турбина.

Разбира се, за тях има много повече.

Основните компоненти на атомната електроцентрала са горе-долу, както следва (въпреки че конструкциите варират):

  • Ядрено гориво (като уран или плутоний)
  • Ядрен реактор и модератор (вещество, което забавя неутроните - като графит или вода)
  • Реакторна охлаждаща течност (обикновено вода)
  • Контролни пръти (напр. Графит)
  • Щит или система за задържане / структура
  • Съд под налягане
  • Парогенератор
  • Парни линии
  • Помпи
  • Въздушна турбина
  • Охладителна кула и кондензатор

Както беше посочено по-рано, компонентите и настройката могат да варират в зависимост от вида на въпросния ядрен реактор. Към днешна дата най-често срещаните видове ядрени реактори са както следва:

  • Воден реактор под налягане (PWR) - Повече от65% на търговските ядрени реактори в САЩ са PWR. Островът на три мили е бил тип PWR.
  • Реактор с кипяща вода (BWR) - Приблизително една трета от всички реактори в САЩ са BWR. Фукушима беше реактор тип BWR.
  • Реактор с тежка вода под налягане (PHWR) - Най-често в Канада и Индия.
  • Усъвършенстван реактор с газово охлаждане (AGR) - така наречените реактори от второ поколение с газово охлаждане, използвани главно във Великобритания. Те използват въглероден диоксид като основна охлаждаща течност.
  • Реактор с модерен графит с лека вода (RBMK) - Съветски проектирани реактори, които са подобни на BWRs по дизайн, но вместо съд под налягане, обграждащ цялото ядро, всеки горивен възел е затворен в отделна тръба, за да позволи потока на охлаждащата вода около горивото. Чернобил беше ядрен реактор RBMK.
  • Разширени реактори - Те включват много нови или експериментални видове реактори, като малки модулни реактори (SMR). Много от тях не използват вода за охлаждане, а някои използват течен метал, разтопена сол или хелий, за да затоплят водата на пара.
  • Реактори с бързи неутрони (FNR) - Тези реактори се отказват от модератори и вместо това използват така наречените бързи неутрони. Те са по-ефективни за производство на енергия, но са по-скъпи за изграждане.
  • Плаващи атомни електроцентрали - С изключение на корабните ядрени реактори, тези видове реактори са построени върху големи шлепове, които са склонни да бъдат постоянно акостирани.

В момента има наоколо 450 търговски реактори за ядрено делене в експлоатация по целия свят. Деветдесет и осем от тях са само в Съединените щати и се твърди, че те са един от най-безопасните и ефективни източници на енергия в света.

Как се произвежда ядрена енергия стъпка по стъпка?

Ядрената енергия се използва за производство на електричество в няколко основни стъпки. В по-голямата част от случаите, в търговските реактори, следва следните стъпки, повече или по-малко.

  1. Неутроните се сблъскват с горивни атоми (обикновено уран) и се разделят, за да освободят неутрони от целевия атом, които от своя страна се сблъскват с други горивни атоми, като по този начин предизвикват верижна реакция.
  2. Тази верижна реакция може да се контролира с помощта на "контролни пръчки", които абсорбират някои от неутроните, за да се предотврати излизането на системата от контрол.
  3. Този процес бързо повишава температурата на реактора до някъде в порядъка на520 градуса по Фаренхайт (271 градуса по Целзий).
  4. При тази температура охлаждащата течност (обикновено вода) се нагрява бързо и се изпарява в пара.
  5. След това тази пара се задвижва или изпомпва до голяма турбина и се произвежда електричество.
  6. Това електричество се използва за работа на реактора и се насочва към електрическа мрежа за търговско потребление.

Разделянето не е единственият вид ядрена реакция. Теоретично термоядрената енергия може да се използва и за генериране на електричество чрез използване на топлина от реакции на ядрен синтез. В процеса на синтез две по-леки атомни ядра се комбинират и образуват по-тежко ядро, което освобождава енергия. Няколко вида експериментални термоядрени реактори са проектирани и конструирани, но понастоящем нито един не е в търговска експлоатация. При термоядрените ядрени реактори процесът би бил малко по-различен.

  1. Горивен материал (като деутерий или тритиев газ) се инжектира в камерата за сливане. За реакторите Tokamak това е вакуумен съд с форма на поничка.
  2. След това тази газова смес се загрява до много високи температури (100 милиони градуса). Екстремни температури от този мащаб се постигат с различни методи, но някои експериментални реактори за синтез използват микровълни или други енергийни източници.
  3. Това кара горивото да се йонизира и да образува плазма с достатъчно енергия, за да се надяваме, че позволява сливането между атомите, държани в непосредствена близост един до друг. Това е по-лесно да се каже, отколкото да се направи, тъй като се постига с помощта на много силни магнитни полета или някакъв друг метод за задържане.
  4. След като се постигне синтез, се отделят огромни количества енергия, които след това могат да се използват за прегряване на охлаждащата течност.
  5. След това получената пара се използва за захранване на турбина за генериране на електричество.

Докато изследователите са успели да постигнат ограничени, сдържани реакции на синтез, процесът е силно енергоемък. Досега всички те са постигнали отрицателен енергиен добив, което означава, че те са по-скъпи за работа от това, което получават в замяна като генерирана енергия.

Ядрената енергия и ядрената енергия еднакви ли са?

Тези два термина, макар и привидно сходни, всъщност са доста различни на практика.

Енергия е "по физика - способността за извършване на работа. Може да съществува в потенциална, кинетична, термична, електрическа, химическа, ядрена или друга различна форма. Освен това има топлина и работа - т.е.,енергия в процес на прехвърляне от едно тяло в друго. "- Енциклопедия Британика.

Мощност е нещо малко по-различно. "Единици за мощност са тези за работа (или енергия) за единица време, като футове в минута, джаули в секунда (или ватове) и ерги в секунда. Мощността е изразима и като произведение на силата, приложена за движение обект и скоростта на обекта по посока на силата. " - Енциклопедия Британика.

Що се отнася до използването на ядрена енергия и енергия, термините често се използват взаимозаменяемо. Но всъщност има фина, но важна разлика между двете.

Ядрена енергия е, технически погледнато, мощността, освободена при разделяне на атом чрез делене. Това обикновено се изразява като мегаелектрон волта (MeV).

Ядрената енергия е технически получената работа, произведена от атомна електроцентрала за определен период от време, обикновено изразена като мегавати (MW) или гигавати (GW).

Какво не е наред с ядрената енергетика?

Ядрената енергия отдавна е отстоявана като отговор на почти неограничената енергия. Но въпреки нетърпеливото ранно усвояване и развитие на ядрената енергетика, тя отпадна в немилост през последните години.

Но защо?

Една от основните причини може да е очевидно неразбиране на технологията. В съзнанието на някои тя често се свързва с невероятно разрушителните си братовчеди, ядрени оръжия.

Друг проблем с PR на ядрената енергетика са много малкото, но невероятно зрелищни ядрени аварии и инциденти. Въпреки че ядрената енергия обикновено е едно от най-безопасните средства за производство на енергия, когато се обърка, наистина се обърква.

Инцидентите, свързани с ядрена енергия, се дължат предимно на човешки грешки, природни бедствия или конструктивни недостатъци. В същото време самата технология е една от най-силно регулираните, екологични и безопасни индустрии в света.

По-ранните дебати достигнаха своя връх през 70-те и 80-те години и бяха предимно около ядреното разпространение и рисковете за сигурността на индустрията. Но през последните няколко години в дискусията имаше възраждане, свързано с темата за изменението на климата.

Докато мнозина вярват в технологията за възобновяеми източници за смекчаване на изменението на климата, тези от проядрената страна на дебата споделиха, че ядрената енергия е най-добрият начин за бързо декарбонизиране на нашето енергийно потребление.

Ядрената енергия е безвъглероден, високоенергиен източник на енергия и въпреки минали аварии, може би по-безопасен от производството на енергия, базирана на нефт. Въпреки това все още е потенциално опасно за хората и планетата.

Освен това добивът и рафинирането на уран са енергоемки и силно замърсяващи, което може да компенсира ползите от ядрената енергетика. Има и проблеми с безопасното съхранение и изхвърляне на отработено ядрено гориво.

Постигнат е напредък в съхранението и рециклирането на ядрени отпадъци. Електроцентралите от по-ново поколение позволяват по-голямата част от тези отпадъци да бъдат рециклирани. Друга интересна статистика е, че цялото отработено гориво от всяка атомна електроцентрала от 50-те години насам ще запълни пространство с размерите на футболно игрище до дълбочина около 9 метра.

Голяма част от тези отпадъци се съхраняват безопасно във високо регулирани и контролирани хранилища. В повечето случаи,99% от тези отпадъци остават радиоактивни за по - малко от 300 години.

Други опасения около ядрената енергетика включват факта, че тя е скъпа за разработване, трябва да се изгради в близост до източник на вода (SMRs може да бъде изключение) и че тя черпи ресурси от развитието на възобновяемите енергийни източници.

Както всеки дебат по всяка тема, ние ще ви позволим да стигнете до собственото си заключение по въпроса. Ясно е обаче, че предвид нарастващата загриженост относно изменението на климата, трябва да има справедлив и открит дебат за плюсовете и минусите на ядрената енергетика. Ядрената енергия може да е част от решението.


Гледай видеото: Jacque Fresco - Problems of Values - May 3, 2011 (Юни 2021).